Des chercheurs ont mis au point un nouveau matériau qui, en exploitant la puissance de la lumière du soleil, peut débarrasser l’eau des polluants dangereux. Grâce à une combinaison de gels de chimie douce et d’électrofilage – une technique qui consiste à appliquer une force électrique à un liquide pour créer de petites fibres – l’équipe a construit de fines bandes de dioxyde de titane (TiO₂), un composé souvent utilisé dans les cellules solaires, les capteurs de gaz et diverses technologies d’autonettoyage, qui ressemblent à des fibres.
Bien qu’il s’agisse d’une excellente source d’énergie alternative, les systèmes de carburant solaire qui utilisent des nanoparticules de TiO₂ sont souvent limités en puissance parce qu’ils ne peuvent subir une photocatalyse, ou créer des réactions chimiques, qu’en absorbant de la lumière UV non visible. Cela peut poser d’importants problèmes de mise en œuvre, notamment une faible efficacité et la nécessité de mettre en place des systèmes de filtration complexes.
Cependant, lorsque les chercheurs ont ajouté du cuivre au matériau pour améliorer ce processus, leurs nouvelles structures, appelées nanomats, ont pu absorber suffisamment d’énergie lumineuse pour décomposer les polluants nocifs présents dans l’air et l’eau, a commenté Pelagia-Iren Gouma, auteur principal de l’étude et professeur de science et d’ingénierie des matériaux à l’université de l’État de l’Ohio.
« Il n’y a pas eu de moyen facile de créer quelque chose comme une couverture que l’on peut poser sur l’eau et commencer à créer de l’énergie », a-t-elle indiqué . « Mais nous sommes les seuls à avoir fabriqué ces structures et les seuls à avoir démontré qu’elles fonctionnent réellement. »
Lorsque le dioxyde de titane absorbe la lumière, il se forme des électrons qui oxydent l’eau et attaquent les polluants, les détruisant lentement jusqu’à ce qu’ils deviennent inoffensifs. L’ajout de cuivre permet d’accélérer ce processus et de le rendre encore plus efficace.
« Pour le déterminer, les chercheurs ont travaillé à la caractérisation des propriétés actualisées du nanomat afin de comprendre son comportement et ce qui le différencie des autres nanoparticules autonettoyantes, » a expliqué M. Gouma. « De manière surprenante, les chercheurs ont découvert que, par rapport aux cellules solaires traditionnelles, ces nanomats peuvent mieux produire de l’énergie lorsqu’ils sont placés sous la lumière naturelle du soleil ».
Ces nanomats peuvent être utilisés comme générateurs d’énergie ou comme outils de dépollution de l’eau. Dans les deux cas, vous disposez d’un catalyseur dont l’efficacité est la plus élevée à ce jour.
Ces tapis de fibres légers et faciles à enlever peuvent flotter et fonctionner sur n’importe quelle étendue d’eau et sont même réutilisables après plusieurs cycles de nettoyage. En raison de leur efficacité, les chercheurs pensent qu’ils pourraient être utilisés pour débarrasser l’eau des polluants industriels dans les pays en développement, transformant ainsi des rivières et des lacs autrement contaminés en sources d’eau potable.
En outre, comme cette technologie ne génère pas de sous-produits toxiques comme certains systèmes de cellules solaires, les nanomats sont extrêmement respectueux de l’environnement. « C’est un matériau sûr, qui ne fait de mal à personne et qui est aussi propre que possible », a ajouté M. Gouma.
Cependant, bien que la technologie de cette équipe soit incroyablement efficace, le temps nécessaire à sa mise à l’échelle commerciale dépend de la rapidité avec laquelle les industries s’intéressent à ce produit. « Nous disposons des outils nécessaires pour les fabriquer en grandes quantités et les appliquer à diverses industries », a dit encore M. Gouma. « La seule limite est qu’il faut quelqu’un pour tirer parti de ces ressources abondantes. »
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude suggèrent que les nanomats pourraient être un outil prometteur dans de nombreuses applications photocatalytiques futures, y compris les efforts de durabilité à long terme tels que l’assainissement de l’environnement et la production d’hydrogène à partir de l’énergie solaire.
Entre-temps, l’équipe prévoit d’étudier les moyens d’optimiser davantage le matériau.
« Ce matériau est tout à fait nouveau en termes de nanotechnologie », a conclu M. Gouma. « C’est vraiment impressionnant et nous sommes très enthousiastes. »
Article : « 3D Self-Supported Visible Light Photochemical Nanocatalysts » – DOI : 10.1002/advs.202502981
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